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布鲁诺·梅泽蒂:新的恢复性高附加值浆果育种策略

发布日期:2022-03-31 浏览量:128

按:3月11日,由中国园艺学会草莓分会、iFresh亚果会主办,上海市农业科学院指导的中国草莓品牌大会线上论坛成功举办,意大利马尔凯理工大学教授、欧洲草莓育种领军人、第九届世界草莓大会召集人布鲁诺·梅泽蒂带来《新的恢复性高附加值浆果育种策略》主题演讲,中国园艺学会草莓分会副秘书长、北京市农林科学院副研究员孙健,中国园艺学会草莓分会秘书长、北京市农林科学院副研究员钟传飞作为代讲人进行报告。本文来自该主题演讲,由iFresh亚果会整理,有删减。



#1
作前育种策略——
为了获得适用的高附加值浆果

大家好,我是北京市农林科学院的孙健,由我来代表布鲁诺·梅泽蒂教授进行《作前育种策略——为了获得适用的高附加值浆果》报告。
 
布鲁诺教授是意大利马尔凯理工大学教授、欧洲草莓育种和基础理论研究方面的领军人物。布鲁诺教授不仅选育了数个用于商业生产的大果、高产、抗病的草莓品种,而且连续三年被选为全球SCI论文引用者前1%的高被引用科学家。
 
1、研究背景
 
首先介绍一下欧洲草莓的整体情况。在全球草莓生产中,中国的草莓面积和产量居世界第一,美国位居第二,同时包括土耳其、西班牙、波兰、英国、德国、意大利、荷兰、法国等国家在内的欧洲,整体的草莓面积是10.6万公顷,产量127万吨(亩产0.85吨),也是仅次于中国,居于世界第二。
 
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全球浆果市场迅速发展,草莓每年的市场规模增幅达到3-4%,蓝莓与树莓的增长也是可观的。因此,欧盟支持立项了“育种价值”(Breeding Value)项目,参与者有20多个国家、19家公司,包括挪威、意大利、苏格兰、土耳其等国,整个欧洲从南到北的各个区域都有参加,该项目2021年起始,为期4年,布鲁诺教授是该项目的主持人。
 
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该项目开展的必要性与前提方面。因为前期研究发现,草莓驯化与品种选育的过程中,它的遗传多样性(基因多样性)逐渐降低,1949年以来,草莓遗传多样性降低了35%,尤其是在1990-2000年期间,草莓遗传多样性降低了18%,这是一个加速的过程。
 
基因多样性降低过程中损失了很多草莓原有的性状,比如说,如今许多消费者认为草莓没有以前的风味了,这是因为我们在育种过程中更专注于产量与抗性的提升,所以其他性状的基因多样性就降低了。如何通过育种手段去恢复草莓的基因多样性,是这个项目开展的背景。
 
2、研究目标
 
为了理清草莓基因多样性与驯化效应的关系,对未来的草莓育种工作提供可恢复性的育种材料,我们开展了“育种价值”项目。
 
该项目把已收集到的草莓品种分为五大类,第一类为经典品种,即1960年以前的品种;第二类是现代品种,即1960年-2005年的品种,这一类型的品种大部分在生产中淘汰了,只有一部分还在用于生产;第三类是2005年以后的新品种,也是现在的主栽品种;第四类是现在预选的优系;第五类是野生草莓资源,基于野生草莓的多样性,将其单独划做一个类别;第六类现在获得的一些杂交群体。
 
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通过与20多家单位合作,我们一共收集了1557份草莓资源,按照以上类别分为5类。与此同时,我们也收集了一些蓝莓和树莓的资源,但相对于草莓来说,种类较少,每个树种只有80多份资源。
 
3、项目的工作内容及流程
 
简单介绍一下项目开展的工作。第一部分工作是进行资源的收集、保存、分类、田间试验和新育种材料的选择。同时我们需要做基因组工具的开发与验证,以此来研究恢复草莓的基因多样性,研究草莓果实品质、采后特性这些生产性状变化的规律,并收集消费者的评价,进行数据分析与汇总,形成数据化的平台,它可以为我们的科研提供一个基础的数据参考,同时也为商业化的育种、育苗企业提供理论支撑。
 
值得注意的是,我们是按照接近商业生产的规模进行试验的。在基因型方面,我们通过已有的核心开发的分子标记和基因预选工具,对收集到的基因进行判断;在既有品质的研究上,又加上了新的图像自动识别的分析,以及植株结构与植株代谢物的分析。
 
我们在草莓商品品质的调查部分,将传感器的检测结果和消费者的主观评价结合,以此获得对品种的整体评价,最终开展数据分析与技术共享,联合做一个知识产权保护的合作和交流。
 
在这个过程中,我们要综合相关的专家、消费者、生产者、育苗者以及物流等方面的群体,对草莓、蓝莓、树莓这些浆果进行感官质量评价。
 
感官质量评价工具包里,有许多复杂的数据进行综合分析,基于它和对照品种的差异,进行量化的比较。我们真诚希望中国草莓相关人员与消费者能够参与调查,这是该调查的网址新的可选消费的高附加值浆果市场潜力和消费偏好调查 (cnr.it)。
https://survey.cnr.it/index.php?r=survey/index&sid=567822&lang=zh-Hans
 
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我们也希望大家能够分享这个调查的网址,如果大家参与调查,最终调查的结果我们也会分享给大家。我们相信这个调查结果对草莓的科研、生产等方面有借鉴意义。
 
3、项目预期贡献
 
本项研究的预期贡献是我们要对已有的草莓基因库里的信息进行展示,而且我们加速了实用性状、环境和气候适应性、满足消费者需求等方面性状的鉴别。
 
同时我们会建立草莓基因的数据库,要新开发一些基因型和表型相关联的工具,这些有利于加强对草莓基因资源的利用、开展国际合作。
 
项目的研究、调查与开展,对于草莓的知识产权保护也是非常有价值,希望可以加深消费者对浆果营养的认识,并拓展草莓产业的影响。
 
我们主持的这个欧盟的项目,是在由欧盟已经支持的地中海区域草莓产业发展策略、不同环境条件和栽培系统下果实品质稳定性的研究基础上展开,同时还有专门立项的小RNA和多肽控制病害促进园艺作物发展的研究。

#2
欧洲草莓品种注册体系和
高质量苗木认证繁育体系
 
大家好,我是北京市农林科学院的钟传飞,下面由我代表布鲁诺教授进行《欧洲草莓品种注册体系和高质量苗木认证繁育体系》报告。
 
1、欧盟植物品种权(专利)体系
 
欧洲草莓品种注册是由植物品种管理委员会负责,该机构于1994年成立,它的职责是构建品种注册和保护体系,推动新品种的选育。
 
它的一个核心工作就是推动植物品种权的保护,这种保护体系主要涉及两方:一是专利(品种)持有方,即育种人,拥有品种权的育种机构、私有企业;二是被许可人,他拥有专利的使用权。
 
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两者之间需要签署专利授权许可协议,育种人将品种繁殖权或品种鲜果生产/营销权授予被许可人,被许可人支付相应的费用。
 
这种许可可以是独家许可,也可是多家许可。通常独家许可是一个国家仅限一家公司,被许可人需支付的协议费用比较高,一个品种在60-600万人民币不等,适用于大型企业;在多家许可的情境中,被许可人需支付的协议费用稍低,一个品种在5-20万人民币不等。
 
双方签署协议后,有两种费用,一个是品种授权协议费,它取决于许可类型;另一个是专利费,比如对于苗圃来说,每销售一株苗,他们需要给育种家支付0.1-0.2元的专利费,专利期限通常是20年,每年被许可人需向专利持有方提交年度声明,比如在苗圃方面,被许可人要向专利持有方报告苗木的生产情况,被许可人依此来支付专利费,专利持有方或是其代理机构每年要到现场调查被许可人的苗木生产规模。
 
近年来在欧美兴起了一种新的模式——俱乐部模式,它类似于独家授权模式,就是育种人或其代理机构创建一个俱乐部,将其品种甚至是水果商标权有偿分享给会员(即被许可人,通常在世界不同国家),只有俱乐部会员有权繁殖和销售水果,并由俱乐部统一管理销售合同。
 
这种方式非常适合我国现在快速发展的各个平台,尤其适合高端市场,它实现了育种-繁育-生产-销售一体化,现在的高端市场或平台都想做一些有差异的品种,这种模式是值得借鉴的。
 
2、欧盟注册品种权程序
 
首先育种家向植物管理委员会(CPVO)提出申请,然后CPVO根据育种家的品种描述,判断其是否为新品种,确认为新品种后,就进入DUS测试阶段(即特异性、一致性、稳定性的测试),每年育种家需支付2000-3000欧元(折合人民币约13999-21000元)的测试费,连续三年。
 
CPVO会在适合品种种植的区域进行测试,对品种进行评估,确定是新品种,有商业价值,就会给育种家颁发品种权专利证书,育种家每年需要支付300欧元(折合人民币约2100元)的管理费,连续20年。
 
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我们可以看到育种家培育出新品种之后,仅在注册阶段就需要四年的时间,比较漫长。

如果育种家研发出的品种在第一年就可以确认是新品种,并具有商业价值,在第一年,他也可以进行推广,可以跟被许可人签署协议,双方达成共识就可以进行商业化的运作,并同步申请新品种的注册。
 
下图是品种注册过程中的一张品种申请表和专利证书案例。图中展示的是布鲁诺教授在2015年推出的新品种cristina,在2020年拿到专利保护证书,专利保护期一直到2040年。
 
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3、苗木生产系统的演变:不同类型苗木
 
有了品种之后,下一步就是通过苗木进行品种的推广应用和商业化运作。首先看一下欧洲的苗木类型。近年来欧洲通过不同的苗木,比如冷藏苗、鲜苗、穴盘苗(Plug-plant)、Tray-plant等,相互配合,实现了周年供应。
 
欧洲的鲜苗与我国主要苗木类型是一致的,这种是适合促成栽培的苗木,近两年来它主要在欧洲南部推广的比较快。穴盘苗(Plug-plant)在欧洲的推广也比较快,与我国的情况比较类似。
 
我们在这些方面并不落后,但是苗木质量是我们的一个短板,新品种的商业化需要有高质量的脱毒且稳定的苗木,这种苗木的获得又需要非常成熟的标准化育苗体系进行支撑。
 
近十年来,我国草莓产业发展非常迅速,一跃成为全球第一,产业规模占据全球草莓产业的三分之一,但我们的育苗体系还完全没有建立起来,远远落后于我国草莓产业的发展,主要是在原原种的繁育、认证这部分做得不够。
 
欧盟各国的农业部会指定苗木检测认证机构,来进行原原种的繁育与认证,荷兰是在Natuinbouw,意大利在CAV。
 
下图左侧显示了欧洲育苗与认证流程。他们繁育出脱毒、可靠、经过认证的原原种,将其供应给下游苗圃,欧盟对苗木的健康有强制性的基本要求,每个国家对苗木的脱毒也是要求的,这个要求是非强制性的。
 
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上图右侧是欧盟标准的脱毒认证流程,育种家第一年将3株新品种的核心种质交给认证机构,认证机构对其进行热脱毒、取茎尖、组培,繁殖三至四次,确保种质不变异,驯化之后,第二年,放置CPP(保存预繁殖筛选室)进行筛选,在高度控制的隔离环境下进行筛选与基本的繁殖,同时对核心原种进行保存。
 
第三年至CP1(隔离繁殖室)进一步扩繁,这也是隔离环境,有2%的母株要进行病毒检测,第四年就可以供应给苗圃或种苗繁育企业,在陆地进行繁殖,其中有0.2%的母苗要进行检测,到第五年供应给大部分苗圃,此时他们拿到的苗被称为原种苗,在大田繁育出的苗叫商品苗(种植户使用的苗木)。
 
我们可以看到整个程序从原原种、新品种到商品苗,需经过5-6年时间。我国完成这样的程序也需经过4-6年或者是4-5年的时间,跟国外的差距越来越小,但我们在第一年到第三年的流程是缺失的,这也是我国草莓苗木质量参差不齐的根本原因之一。
 
前文讲述的欧洲苗木体系在欧洲是非常常规的体系,还有法律的支撑,但布鲁诺教授认为这种体系也有问题,因为第四年、第五年它仍然在土里繁殖苗木,有土传病害的风险,他们开发出一种新的模式,即组培苗直接繁育出来作为母苗应用,繁殖商品苗。
 
这种模式只需要2年,最多3年就可以实现品种从组培到商品应用,非常适用于新品种的推广,而且能够保证苗木在繁育过程中不沾土,感染病虫害的风险会更小。
 
下图显示了苗木的生产过程,它的优点是能够获得高产、品质优良、结果期长的苗木,图片上部分内容展示了穴盘苗的生产流程,图片下部分展示了裸根苗的生产过程。
 
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它从组培到收获只需两年时间,组培的过程需要10-12个月,组培苗驯化之后,定植到高架上进行繁殖匍匐茎,这与我国常用的扦插育苗或者叫南繁北育的方式是一样的,我国在后面这些程序做的很好,但在源头这部分做的还不够好,所以我们的苗木每年仍会出现大量问题。

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组培繁殖匍匐茎只需四个月,匍匐茎剪下来扦插到第三步,也需要一个月,然后第四步就是应用于生产,这种通过2米的高架,1英米定植8株,每株繁殖系数能达到60-80株茎尖,换算1英米能生产480-640株茎尖。
 
下图展示的模式首先要求有组培条件,它根据生产量确定组培规模,需要很好的物理隔离、合理的空间布局与专业的设备。
 
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组培有两个关键,首先是苗木的变异情况,布鲁诺教授已经建立了一套标准化的流程,通过低激素的控制,能够完全确保苗木不变异,而且它作为母苗去繁殖的过程中还可以进行观察测试;第二就是成本问题,主要通过繁殖速率来降低成本,繁殖速率取决于初代外植体数量,也就是茎尖的数量,草莓的增值率一般在1:4到1:8,就是30天一个茎尖能够扩繁出4-8个茎尖,按这种方式,在各方面都适合的情况下,一个茎尖9个月能繁殖出25万株苗,如果是1:8的增值率的话,一个茎尖在7个月就能变成200万植株苗,有了这个繁殖率,成本是可控的。
 
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下图是组培苗出来之后作为母苗繁殖商品苗的一个流程。
 
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通过以上的介绍,可以看到我国的草莓产业发展水平目前跟欧美发达国家,还是存在一定差距。我国的草莓规模居于世界第一,但是在生产中存在两个核心问题:一个是品种问题,我国自主知识产权的草莓品种还很少;另外一个就是苗木问题,我国草莓产业规模迅速扩大,但配套的育苗体系没有同步建设好,尤其是原原种脱毒检测这块是缺失的,产业发展存在的问题还很多。
 
我们跟布鲁诺教授经过长期的沟通,达成了一个共识,就是在中国共同建立中欧草莓育种促进和脱毒繁育中心,目前正在筹建中。该中心的职责就是推动中欧科技和资源的交流、推动科技支撑产业的发展、推动新的育苗体系的构建、促进新品种的推广、推动适合中国产业发展的育种模式推广。
 
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该组织机构由马尔凯理工大学、北京市农林科学院等,其他的中国和欧洲的科研院所、企业联合构成。借此机会也向大家发出一个邀请,感兴趣的企业可以和我们联系,共同推进中欧草莓育种促进和脱毒繁育中心的组建,下图是国际草莓育种育苗领域比较知名的企业罗列,感兴趣的朋友可以上网搜一下,它们有非常成熟的技术和经验,在草莓品种的市场化推广应用方面做的非常标准。
 
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谢谢大家!